机械设计课程设计-带式运输机传动装置二级蜗杆齿轮减速器.doc

燕山大学课程设计报告燕 山 大 学机 械 设 计 课 程 设 计 报 告题目： 带式运输机传动装置二级蜗杆齿轮减速器 全套图纸加扣3012250582 学 院： 机械工程学院 年级专业： 2013级机控1班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 目 录1 项目设计目标与技术要求31.1任务描述31.2技术要求32传动系统方案制定与分析33 传动方案的技术设计与分析53.1 电动机选择与确定63.1.1 电动机类型和结构形式选择63.1.2 电动机容量确定63.1.3 电动机转速选择73.2 传动装置总传动比确定及分配73.2.1 传动装置总传动比确定73.2.2 各级传动比分配83.3传动装置运动和动力参数的计算84 关键零部件的设计与计算94.1 设计原则制定与关键件的加工工艺制定94.2传动设计方案114.3 第一级蜗轮蜗杆传动设计计算114.3.1 第一级蜗轮蜗杆传动参数设计114.3.2 第一级蜗轮蜗杆传动强度校核134.3.3第一级蜗轮蜗杆传动热平衡计算134.4第二级圆柱斜齿轮传动设计计算154.4.1 第二级圆柱斜齿轮传动参数设计154.4.2 第二级圆柱斜齿轮传动强度校核174.5 轴的初算194.5.1估算原则与参数计算194.5.2轴径最小值与安全性、经济性的矛盾194.6 键的选择及键联接的强度计算194.6.1 键联接方案选择194.6.2 键联接的强度计算204.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式215 传动系统结构设计与总成225.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范225.1.1装配图整体布局225.1.2 轴系结构设计与方案分析235.2零件图设计285.3 主要零部件的校核与验算295.3.1 轴系结构强度校核295.3.2 滚动轴承的寿命计算336主要附件与配件的选择336.1联轴器选择336.2 润滑与密封的选择346.2.1 润滑方案对比及确定346.2.2 密封方案对比及确定356.3 通气器356.4 油标尺366.5 螺栓及吊环螺钉366.6油塞36 6.7窥视孔盖和窥视孔376.8起盖螺钉与定位销377 零部件精度与公差的制定377.1 精度设计制定原则377.2 减速器主要结构、配合要求387.3 减速器主要技术要求398 项目经济性分析与安全性分析398.1 零部件材料、工艺、精度等选择经济性398.2 减速器总重量估算及加工成本初算418.3安全性分析 418.4 经济性与安全性综合分析429 设计小结4210 参考文献43附 录44带式运输机-蜗杆齿轮减速器（燕山大学 机械工程学院）1 项目设计目标与技术要求1.1任务描述本次课程设计是机械设计课程最后一个重要的实践型演练环节，与工厂的专业产品设计不同。通过这次实战训练，有助于学生建立工程观点，培养正确的设计思想，为后续开展的专业课程的学习、毕业设计以及今后从事设计工作奠定扎实的基础。具体目的如下：（1） 培养理论联系实际的设计思想和工作作风，培养学生综合运用各种机械零件和机构的基本技能，夯实机械设计、互换性与测量技术、机械原理、计算机软件soildworks等相关专业课程的基础；（2） 学习和掌握通用机械零部件、机械传动装置或简单机械的基本设计方法和程序；（3） 掌握机械设计工作的基本技能，学会运用CAXA、SoildWorks相关软件和设计资料（指导手册、图册、标准和规范等）等辅助手段，培养使用经验数据、经验估算和处理数据的能力；基于以上要求，本次设计以设计带式运输机的传动装置蜗杆-齿轮减速器为例，以四个教学周（2015年12月21日至2016年01月15日）为时，拉开机械课程设计的序幕。1.2技术要求本次蜗杆-齿轮减速器的课程设计要求用工程的观点来分析和解决问题。首先，机械零件的尺寸要以理论计算为依据，全面考虑结构、加工和装配工艺、经济性和使用条件以及与其他零件的相互关系等要求，确定结构的合理尺寸；其次，设计应适应生产条件和规模，选择合理的毛坯种类和形状；再者，零件的形状应尽量简单和便于加工和装卸，减少加工表面的数量和面积；还有正确使用标准和规范等等。要在具体问题中找到主要问题和主要矛盾进行优化设计。2传动系统方案制定与分析带式运输机的一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成。其中，原动机一般为电动机，传动装置为减速机，工作机为卷筒各部件用联轴器连接并安装在机架上。合理的传动方案应保证工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、传动效率高和使用维护便利等相关要求。不可忽略的是，一种方案要同时满足以上要求往往比价困难，下面将设计的主要传动方案罗列如下：表2.1 常见机械传动的主要性能类型主要特点单级传动比传动功率/kw速度/(m/s)普通V带传动传动平稳、噪声小、能缓冲、吸振；结构简单、轴间距大、成本低、外廓尺寸大、传动比不恒定、寿命短。2-470025-30链传动（滚子链）工作可靠、平均传动比恒定、轴间距大、瞬时速度不均匀、高速时运动不平稳、适应恶劣环境、多用低速传动。2-610015渐开线圆柱齿轮传动传动的速度和功率范围很大、效率高、对中心距的敏感性小，装配和维修简便，应用非常广泛。1-8100000150最高可达300圆锥齿轮传动直齿轴向力小，比曲线锥齿轮制造容易，可制成鼓形齿。2-43705曲线齿比直齿锥齿轮传动平稳、噪声小、承载能力大。2-437005-40普通圆柱蜗杆传动传动比大、工作平稳；噪声较小、结构紧凑、在一定条件下有自锁性效率低。8-8020015-35制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日 基于以上传动基本单元件，根据项目工程设计目标、技术要求，参阅现有资料，并全面了解已有各种典型传动方案基础，我们制定了四种传动系统方案。下将对所制定的方案分析和评价描述如下：l 蜗杆-齿轮减速器（i=10-80） 此减速器具有反向自锁功能，蜗杆下置，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。高速级采用蜗轮蜗杆传动，有利于在啮合处形成油膜，提高承载能力和传动效率。低速级采用斜齿轮传动，平稳性较直齿轮好，效率较高，可以降低能耗，但是此结构不紧凑，体积较大，精度不高。考虑要补偿轴因热变形及制造安装误差引起的长度变化，蜗杆的轴承采用一端固定，一端游动。固定端可采用两个角接触球轴承“面对面”安装，并在两个轴承内环之间垫一套筒，保证两轴承外环端面互不接触以便调整轴承间隙。必要时加惰轮来帮助低速级大齿轮润滑。 注释一：面对面与背对背安装角接触轴承的优缺点：背对背安装时，载荷作用中心处于轴承中心线之外，力作用点跨距较大，故悬臂端刚性较大，当轴受热伸长时，轴承游隙增大，轴承不会卡死；面对面安装时，载荷作用中心处于轴承中心线之内，结构简单、拆装方便，当轴受热伸长时，轴承游隙减小，应注意轴承游隙的调整。 注释二：蜗杆下置与蜗杆上置的联系与区别：蜗杆下置时，结合处的冷却和润滑都较好，同时蜗杆轴承的润滑也比较方便。但当蜗杆的圆周速度太大时，油的搅动损失较大，一般用于蜗杆的圆周速度V10m/s的情况；蜗杆上置时，装拆方便，蜗杆的圆周速度允许高一些，但蜗杆轴承的润滑不太方便，需采用特殊的结构措施。l 二级展开式圆柱齿轮减速器（i=8-60） 此减速器能实现较大的传动比，展开式布局是两级减速器中应用最广泛的一种齿轮相对于轴承不对称分布，并要求轴具有较大的刚度。多应用于载荷比较平稳的场合。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀现象。其中各级传动比的不同分配方案会影响减速器的重量、外观尺寸及润滑状况。方案中采用单列向心球轴承，稀油润滑，润滑油由油沟经端盖上孔流入轴承。为防止套筒上的油孔错位，堵住油通路，将套筒外圆中间部分的直径作得比较小一些。为实现第一级两个齿轮的润滑，加惰轮来帮齿轮润滑。l 二级同轴式圆柱齿轮减速器（i=8-60） 此减速器的结构的横向尺寸较小，两大齿轮浸油深度可以大致相同。但减速器的轴向尺寸及重量较大；高速级齿轮的承载能力不能充分利用；中间轴承润滑比较困难，如采用稀油润滑，必须设法将机体内的润滑油引导到中间轴承处。中间轴较长，刚度较差，且仅能有一个输出和输入端，限制了传动布置的灵活性。设计时要从低速级开始设计。l 圆锥-圆柱齿轮减速器（i=8-40） 此减速器的结构特点是将高速轴的机体部分作为独立部件，使机体尺寸缩短简化机体结构。用于输入轴与输出轴两轴线垂直相交的场合，可作成卧式或立式。由于锥齿轮制造较复杂，仅在传动布置需要（改变轴的布置方向）时才采用，且锥齿轮应布置在高速级，以使锥齿轮尺寸不致过大，否则加工困难。同时，也增加了高速轴部件的刚度。低速轴外端装有链轮为了减小链轮的悬臂跨度，以提高轴的刚度，将链轮轮毂伸入端盖内。 综上所述：本次课程设计我选择设计其中的蜗杆-齿轮减速器，其具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，优缺点明显，具有代表性和实践性。3 传动方案的技术设计与分析本次课设的带式运输机传动结构主要是由蜗轮蜗杆传动，斜齿圆柱齿轮传动所构成，其输送装置简图与工作相关的环境如下所述（图3.1）。图3.1传动装置l 原始数据及要求： 运输带牵引力F=2203N 运输带工作速度V=0.30m/s 滚筒直径D=0.30ml 工作环境： 使用地点：室外 生产批量：小批 载荷性质：微振 使用年限：五年一班3.1 电动机选择与确定3.1.1 电动机类型和结构形式选择如无特殊要求，常选用交流电动机作为原动机。电动机是专门工厂批量生产的系列化产品。其中一般选用Y系列三相交流异步电动机。此类电动机是我国80年代的更新换代产品，具有高效、节能、噪声小、振动小、运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合国际标准（IEC），适用于无特殊要求的各种机械设备，如机床、运输机、鼓风机以及农业机械、食品机械等，主要型号有：l Y系列（IP23）三相异步电动机 该系列电动机效率高、起动性能好、噪声低、体积小、重量轻等优点。适用于驱动无特殊要求的各种机械设备；l Y系列（IP44）三相异步电动机 该系列电动机为封闭自扇冷式鼠笼型电动机，效率高、节能，堵转转矩高、噪声低、振动小，运动安全可靠。能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部；与IP23相比，还能适用于灰尘多、水土飞溅的场所；l YEJ系列电磁制动三相异步电动机 该系列是IP44的派生产品，适用于要求快速停止准确定位的传动机构或装置上，具有制动快，定位准确等优点；综上所述并结合本次设计减速器的工作条件（室外，微振），选用Y系列（IP44）三相异步电动机。3.1.2 电动机容量确定电动机的容量对工作和经济性影响很大，容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载而过早损坏；容量过大则电动机价格高，能力又不能充分利用。其容量主要根据运行时的发热条件来决定。此次设计的工作机工作条件是微振，而且传递功率较小，故只需使电动机的额定功率等于或稍大于电动机的实际输出功率即可。由电动机的输出功率，其中由已知条件传输带的所需功率：式中，为卷筒效率（不包括轴承），取=0.96，则传动装置总效率可知：式中，为联轴器效率（0.98）；为齿轮传动（等级精度为8级）效率（0.97）；为蜗轮蜗杆传动效率（0.8）；为轴承效率（0.99）；带入参数得：则电动机的功率：3.1.3 电动机转速选择由已知，套筒轴的工作转速：按推荐的传动比合理范围i=60-90。故电动机可选的转速范围：三相异步电动机常用的有四种同步转速，即3000、1500、1000、750r/min。同步转速为由电流频率与极对数而定的磁场转速，是空载时才能达到的转速，而负载时的转速都低于同步转速。电动机的转速高，极对数少，尺寸和重量小，价格也低，但使传动装置的传动比大。综合以上因素考虑，符合这一范围的同步转速有1500r/min。因此选用同步转速为1500r/min的电动机。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和价格等因素，决定选用型号为Y90S-4，其主要性能如下表所示：表3.1.3 Y90S-4电动机主要性能参数表电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)起动转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩Y90S-41.1150014002.22.3制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日 注释三：电机符号的含义：Y：异步电动机；IP44为4级防固体，4级防水；S：短机座3.2 传动装置总传动比确定及分配3.2.1 传动装置总传动比确定由上述所选电机的型号表中的Y90S-4的满载转速=1400r/min，则总传动比：3.2.2 各级传动比分配3.2.2.1 分配方案传动比的分配原则有：1 各级传动比都应在常用的合理范围之内，以符合各种传动形式的工作特点；2 尽量使传动装置外廓尺寸或重量较小。3 使各级传动尺寸协调，结构匀称合理，便于安装。经搜集资料和相关数据，对于蜗杆-齿轮减速器一般可取齿轮传动的传动比为i（0.040.07）3.2.2.2 各级传动比确定取=4.07，则=183.3传动装置运动和动力参数的计算设蜗杆轴1轴，蜗轮轴为2轴，大斜齿圆柱齿轮轴为3轴，卷筒轴为4轴，下面进行各轴转速、输入功率、输入转矩的相关计算：各轴转速： 各轴输入功率： 各轴输入转矩： 则运动和动力参数计算结果整理于下，表3.3表3.3传动装置的运动和动力参数表 轴号电机轴1轴2轴3轴4轴功率P/kw0.960.940.750.720.69转矩T/Nm6.556.4291.49357.58346.92转速n/(r/min)1400140077.7819.119.1传动比i1184.071效率98%79%96%97% 制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日4 关键零部件的设计与计算4.1 设计原则制定与关键件的加工工艺制定传动装置中有各种类型的零部件，其中决定其工作性能、结构布置和尺寸大小的主要是传动件。支撑零件和联接零件都要根据传动零件的要求来设计，即传动尺寸是决定装配图结构和相关零件尺寸的主要依据，因此一般应先设计计算传动零件，确定其材料、参数、尺寸和结构。下面对减速器内传动零件进行设计原则的论述：l 斜齿圆柱齿轮1 选择齿轮材料时应通常先估计毛坯的制造方法，D500mm 锻造或铸造毛坯；D500mm铸造毛坯；2 小齿轮齿根圆直径与轴径接近时齿轮与轴可制成一体，此时所选材料应兼顾轴的要求。材料选定后应根据毛坯尺寸确定材料机械性能，以进行齿轮强度计算；3 一般取小齿轮齿数Z=2040；4 正确使用齿宽系数。根据齿宽系数求出的齿宽b应为一对齿轮的工作宽度，即大齿轮宽度；为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，可取。5 齿轮传动的几何参数和尺寸有严格的要求，应分别进行标准化、圆整或计算其精确值。例如模数必须取标准值，中心距和齿宽等结构尺寸应尽量圆整。啮合尺寸，如节圆、分度圆、齿顶圆的直径、螺旋角、变位系数等必须计算精确值，长度尺寸精确到小数点后23位，角度精确到秒。l 蜗轮蜗杆1 蜗杆传动的工作特点是滑动速度大，因此要求蜗杆副材料有较好的跑合和耐磨损性能。不同的蜗杆副材料，适用的滑动速度范围不同，在选材料时可用下式：式中，为蜗杆转速（r/min）；为蜗轮轴转矩（Nm）蜗杆传动尺寸确定后，要校验相对滑动速度和传动效率与初始值是否相符，并检查材料选择是否恰当，以及是否需要修正有关计算数据；2 模数m和蜗杆直径要符合标准规定。计算的中心距应尽量圆整成尾数为0或5，为此需对蜗杆传动进行变位；3 蜗杆上置或下置取决于蜗杆分度圆的圆周速度，当45m/s时，一般将蜗杆下置，45m/s时则上置；4 蜗杆传动的强度、刚度验算及热平衡计算，在装配图设计确定蜗杆支点距离和箱体轮廓尺寸后进行；l 机件结构机件的结构设计是在其主要参数或总体尺寸已定的基础上确定其各部分几何形尺配合要求、制造精度和表面粗糙度等细节。零件的结构设计应遵守国家标准，并尽量标准化、系列化、通用化。零件毛坯有铸件、锻件等。零件的结构复杂程度、尺寸大小和生产批量，往往决定了毛坯的制造方法，而毛坯的种类又会影响零件的结构设计。因此，在作零件结构设计时，一定要与毛坯的种类、特点相适应。综合以上因素考虑，初步确定一下材料及加工工艺：表4.1 主要零部件的材料和加工工艺主要零部件材料加工工艺备注蜗轮（轮缘）ZCuSn10P1砂型铸造=220MPa =140MPa 12m/s滚刀铣切或飞刀加工并加载跑合蜗杆45（调质）机加工+热处理车削切齿蜗轮轮芯HT200铸造轴45机加工+调质按工作能力准则进行设计计算和校核，满足轴上零件固定、热处理的要求、运转维护要求等齿轮（软齿面）45自由锻+调质或正火后切齿按齿面的接触疲劳强度设计，按齿根的弯曲疲劳强度校核箱座、箱盖HT200铸造+机加工注意铸造圆角，铸造斜度最小壁厚等铸造其他标准件按国家标准规定，符合互换性原则，具体问题具体分析制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日 4.2传动设计方案对于低速级齿轮传动，我选择软齿面斜齿轮进行传动设计。选择分析过程如下所述：表4.2硬齿面与软齿面方案对比表方案选择硬度加工工艺工作特点设计及校核原则适用场合软齿面350HBS调质或正火后切齿齿面硬度不高，限制承载能力，但易加工成本低按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核常用于对尺寸和重量无严格要求的场合硬齿面350HBS切齿后热处理在磨齿承载能力高按齿根弯曲疲劳强度设计，按齿面接触疲劳强度校核要求尺寸小和重量轻的场合制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日由表4.2可知，软齿面齿轮的易加工成本低的优缺点明显，且减速器的工作条件对尺寸和重量无严格要求，所以我选择软齿面齿轮；对于直齿和斜齿的选择，经查阅资料总结如下：斜齿轮传动比直齿轮平稳，噪音低，能承受重载和相当的轴向载荷，使用寿命较长，传递能力强，所以我选择斜齿轮传动。4.3 第一级蜗轮蜗杆传动设计计算4.3.1 第一级蜗轮蜗杆传动参数设计下将相关传动已求条件描述如下： 蜗杆的传动类型：渐开线蜗杆（ZI） 蜗轮材料：ZCuSn10P1(砂型) 蜗杆材料：45（调质） 轮芯材料：灰铸铁 蜗杆传动等级：8（蜗轮的圆周速度3m/s） 传动比：18 蜗杆头数：2接下来对高速级蜗轮蜗杆传动进行基本参数的确定以便进行设计计算。由圆柱蜗杆传动的设计公式：式中，9.47cos,k,均未知，下面进行定参设计：1 蜗轮轴上的转矩 =91.49Nm2 载荷系数k k= 其中蜗轮蜗杆传动=1。参见课本P109页表7-16及以下内容 a.电动机、工作机稍有微振，取=1.20(0.81.25) b.载荷微振 =1 c.=1.05(11.1) （蜗杆的圆周速度3m/s） 即3 弹性系数 参见课本P110页表7-74 9.47cos 参见课本P110页由Z=2得其为9.265 蜗轮齿数 6 蜗轮许用接触应力参见课本P111页表7-9 25 =220MPa 则=（0.750.9）=0.8220141.9MPa带入上式：由课本P106页表7-4选择时，m=5mm，=40mm，=2，q=8.000此时蜗杆导程角：此时可算出蜗轮蜗杆传动的相关参数：1 中心距a a=m/2(/q)=5/2(36+8)=110mm2 蜗轮与蜗杆的直径 mm3 蜗杆长度L（蜗杆导程） 蜗杆宽度B（蜗杆齿宽） 蜗轮齿宽角4 校核蜗轮的圆周速度与相对滑动速度 其中： 4.3.2 第一级蜗轮蜗杆传动强度校核已知蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度校核公式：式中均未知，下面进行定参求解：1 当量齿数 参见课本P110页表7-8，=1.752 3 参见课本P111页表7-9中： ()=0.164.3.3第一级蜗轮蜗杆传动热平衡计算热平衡条件下油温t()t=7590其中 ，而=1218w/()，取A=0.33，效率计算其中啮合效率：参见P112页表7-10，时，； 时，；当时插值法 即。取，则在合理范围之内。复核=10461000综上所述，蜗轮蜗杆传动设计校核过程完成。下将蜗轮蜗杆三维图展示如下：图4.3.1蜗杆轴（左）、蜗轮装配体（右）三维设计4.4第二级圆柱斜齿轮传动设计计算4.4.1 第二级圆柱斜齿轮传动参数设计下将相关传动已求条件描述如下：1 传动形式：斜齿轮传动2 精度等级：8级（参见课本P76页表6-2本次设计为一般工作条件，速度不高）大齿轮与小齿轮的硬度选择：按等强度设计原则，令硬度其中分别表示小齿轮、大齿轮的齿面硬度；3 小齿轮材料：45（调质），硬度240HBS（217255）； 4 大齿轮材料：45（正火），硬度190HBS（162217）；5 齿轮齿数：小齿轮齿数一般是=2040，初选=20，传动比i=4.07，则=i=204.0782则i=/=82/20=4.1,此时传动比误差；6 螺旋角 参见课本P91页文字，一般取825,初选螺旋角=107 齿宽系数 参见课本P94页表6-7，当两支承相对小齿轮作不对称分布布置时，=0.71.15取=0.9下面进行齿面接触疲劳强度设计：由设计公式：其中u=i=4.1，=91.49Nm，=0.9，下面进行定参设计：1 k=a.使用系数 参见课本P82页表6-4 工作微振取1；b.动载系数 参见课本P82页表6-11b判断,其中=20，假定V=4m/s，即 取=1.07c.齿间载荷分配系数 参见课本P84页图6-13，其中d.齿向载荷分布系数 参见课本P85图6-17 软齿面且非对称布置（轴刚性大）取1.08综上2 弹性系数 参见课本P87页表6-5 3 节点区域系数 参见课本P87页 图6-194 重合度系数 参见课本P90页其中=1.66，=1.06（取1）即取5 螺旋角系数 6 齿轮的许用应力 参见P94页参见P95页图6-25，其中 参见P95页图6-27c ：240HBS（530630）取550MPa ：190HBS（380530）取450MPa=550MPa =450MPa 取min1,2=450MPa，将以上参数代入公式：下面验证速度：修正，则从而即齿轮的相关参数可求如下：1 模数（）参见课本P76页表6-1，取=3mm2 中心距（a）a= 取a=160mm3 按圆整后的中心距修正螺旋角 因改变不多，故等值不必修正4 大小齿轮分度圆直径5 齿轮宽度 取 4.4.2 第二级圆柱斜齿轮传动强度校核校核公式：1 当量齿数的计算2 查取齿形系数由表查得 3 查应力修正系数4 查取弯曲疲劳极限应力及寿命系数 参见课本P96页图6-28分别查得=1 计算弯曲疲劳许用应力，取失效概率为1%,安全系数S=1所以校核齿根弯曲疲劳强度无问题。下将三维图展示如下：图4.4.1小齿轮（左）、大齿轮（右）三维设计4.5 轴的初算4.5.1估算原则与参数计算轴的材料选用常用的45钢当轴的支撑距离未定时， 无法由强度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式为： 考虑到各轴均有弯矩，取C=118，初算各轴头直径考虑到1轴上有单键连接，轴径需加强3%，并且1轴要与电动机联接，初算直径必须与电动机轴和联轴器空相匹配及必须和联轴器空相匹配，所以初定=20mm，=40mm， =35mm。4.5.2轴径最小值与安全性、经济性的矛盾尺寸较小的轴可以用圆钢棒料车制，尺寸较大的轴应该用锻造的毛坯，铸造毛坯应用很少，为了减轻重量或为了结构上的需要，某些机器的轴常采用空心的剖面。因为在传递转矩主要靠轴的外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料的利用上较经济。当外直径d相同时，空心轴的内径若取为，则它的强度比实心轴削弱约18%，而重量却可减小39%。但空心轴的制造比较费工，所以必须从经济和技术指标进行全面分析才能决定是否有利。有时为了节约贵重的合金钢和优质钢，或是为了解决大件锻造的困难，也可用焊接的毛坯。本次设计综合考虑以上因素，最终选择如上文所述。4.6 键的选择及键联接的强度计算4.6.1 键联接方案选择经查阅资料下列出常用键连接形式和特点：表4.6.1 常用键的类型与特点键的类型联接特点键特点应用平键联接普通平键靠侧面传递转矩。对中良好，结构简单、装拆方便。不能实现轴上零件的轴向固定A型用于端铣刀加工的轴槽，键在槽中固定良好，但轴上槽引起的应力集中较大最广，适用于高精度、高速或承受变载、冲击的场合导向平键靠侧面工作，对中性好，结构简单。键用螺钉固定在轴上，键与毂槽为动配合，轴上零件能做轴向移动。为了拆卸方便，设有起键螺钉用于轴上零件轴向移动量不大的场合，如变速箱中的滑移齿轮半圆键联接靠侧面传递转矩。键在轴槽中能绕槽底圆弧曲率中心摆动，装配方便。一般用于轻载适用于轴的锥形端部楔键联接键得上下面为工作面用于精度不高、转速较低时传递较大的、双向的或有振动的转矩制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日经分析可知，蜗杆齿轮减速器要选用共5个键，综合上述各键连接的类型和特点，要求定心性，构成静联接，最终我选用普通平键类型中的A键，由手册P189页表格对应，即根据轴径大小D选择键宽b与键高h，根据轴段长度L确定键长l。下将具体形式和尺寸数据整理如下：表4.6.2 选用键的相关数据整理表键的位置轴径D/mm轴段长度L/mm键宽b键高h/mm键长l/mm键槽尺寸t键槽尺寸电机联轴器相配合203866283.52.8蜗轮轮芯相配合3864108565.03.3小齿轮相配合3860108505.03.3大齿轮相配合4656149455.53.8输出轴相配合4055128455.03.3制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日4.6.2 键联接的强度计算1 与电机联轴器处键联接，进行键联接的强度校核：该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：故此处所选用单键符合强度要求，合适。2 与蜗轮轮芯处键联接，进行键联接的强度校核：该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：故此处所选用单键符合强度要求，合适。3 与小齿轮键联接，进行键联接的强度校核：该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：故此处所选用单键符合强度要求，合适。4 输出轴圆柱齿轮处键联接，进行键联接的强度校核：该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：故此处所选用单键符合强度要求，合适。经对上述5个普通平键的校核，均通过给定要求无问题。4.7 滚动轴承选择及轴的支撑方式经查阅资料，滚动轴承轴的支撑方式有如下几种方案选择，其特点如下表所示：表4.7.1滚动轴承类型轴承类型承担载荷应用场合深沟球轴承6主要径向，且承受一定的双向载荷载荷大，冲击大，转速低调心球轴承1主要径向，且能承受不大轴向载荷支点跨距大，轴的变形大或多支点轴角接触球轴承7同时承受较大的径向和单向轴向转速高，载荷小，回转精度高圆锥滚子轴承3同上载荷较大，转速不高推力球轴承5只能承受单向轴向载荷圆柱滚子轴承N大的径向，不能承受轴向载荷滚针轴承NA只能径向，适用于转速低的场合制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日表4.7.2支撑结构的基本形式支撑形式主要特点应用举例两端固定两个支承端各限制一个方向的轴向位移一般短轴，转速不高；深沟球，角接触（补偿间隙）一端固定一端游动在轴的一个支承端使轴承与轴及外壳孔的位置相对固定，以实现轴的轴向定位适用于工作温度高，转速高的长轴；两端游动两端游动支承结构中两个支承端的轴承，都对轴不作精确轴向定位只适用于人字齿轮；圆柱滚子制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日根据以上分析，在本次设计的蜗杆-齿轮减速器中，蜗杆轴考虑要补偿轴因热变形及制造安装误差引起的长度变化，蜗杆的轴承采用一端固定，一端游动。固定端可采用两个角接触球轴承“面对面”安装，并在两个轴承内环之间垫一套筒，保证两轴承外环端面互不接触以便调整轴承间隙，若采用两端固定结构，则轴承将承受较大的附加轴向力，使轴承运转不灵活，甚至轴承卡死压坏；中间轴由于蜗轮和小齿轮的旋向相同，可以抵消一部分轴向力，载荷较小，故采用角接触轴承面对面安装，两端固定的支承方式；大齿轮轴转速比较低，载荷较大，故采用深沟球轴承，两端固定的支承方式。即三根轴的轴承选择如下表：表4.7.3轴承的选择与轴的支撑轴承型号轴承位置D/mmd/mmB/mm轴的支承方式7205C蜗杆轴左端面对面安装522515一端固定一端游动6305蜗杆轴右端6225177207C小齿轮轴面对面723517两端固定6209大齿轮轴854519两端固定制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日5 传动系统结构设计与总成5.1装配图设计及部件结构选择、执行机械设计标准与规范5.1.1装配图整体布局完成上述分析之后，选择计算有关零件的结构和尺寸，做装配图的整体布局。下面将装配所需要地参数整理如下：5.1.1装配图整体相关参数整理表参数参数值参数参数值蜗轮蜗杆中心距a/mm110蜗杆分度圆直径d/mm40齿轮中心距a/mm160蜗轮分度圆直径d/mm180电机类型Y90S-4小齿轮分度圆直径d/mm62.75电机出联轴器轴径d/mm20大齿轮分度圆直径d/mm257.25电机出联轴器轴段长度l/mm38图面大小A0输出轴联轴器配合轴径d/mm40草图比例1：1输出轴联轴器配合轴段长度l/mm55视图布局三视制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日5.1.2箱体及相关零部件的参数整理表参数参数值参数参数值箱座壁厚10箱座箱盖肋厚8.5箱盖壁厚10大齿轮顶圆（蜗轮外圆）与内箱壁距离12箱座凸缘厚度15外箱壁至轴承座端面距离50箱盖凸缘厚度15齿轮端面与内箱壁距离10箱座底凸缘厚度25制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日将俯视图齿轮啮合轴线定在距底面130mm处，中间轴线定在距左端面230mm处；主视图蜗轮水平轴线定于距顶面200mm处；左视图箱体中轴线定于右端面290mm处。其他具体尺寸在画图过程中进一步完善。5.1.2 轴系结构设计与方案分析进行详细分析轴段之前，首先要突出以下几点：l 输入与输出轴的位置与相对关系据给定设计方案简图所示，输出与输入相差90度，减速器端面正直平放时，电机左后端输入，输出轴右后端输出。l 蜗杆传动上下置关系选择 蜗杆上置或下置取决于蜗杆分度圆的圆周速度，当45m/s时，一般将蜗杆下置，45m/s时则上置；已求结果计算=2.9m/s，所以定于蜗杆下置。蜗杆下置时，结合处的冷却和润滑都较好，同时蜗杆轴承的润滑也比较方便。但当蜗杆的圆周速度太大时，油的搅动损失较大，一般用于蜗杆的圆周速度V10m/s的情况；蜗杆上置时，装拆方便，蜗杆的圆周速度允许高一些，但蜗杆轴承的润滑不太方便，需采用特殊的结构措施。l 蜗杆轴支撑方式结构选择如上表4.7.2中所示支承方案共有3种，分别是两端固定、一端固定一端游动、两端游动。根据以上分析，在本次设计的蜗杆-齿轮减速器中，蜗杆轴考虑要补偿轴因热变形及制造安装误差引起的长度变化，蜗杆的轴承采用一端固定，一端游动。其他支承方式不具有补偿性能，固定端可采用两个角接触球轴承“面对面”安装，并在两个轴承内环之间垫一套筒，保证两轴承外环端面互不接触以便调整轴承间隙。下面进行分高速轴、中间轴、低速轴做详细论述：5.1.2.1 高速轴结构设计与方案分析高速轴（蜗杆）的初步设计如下图：装配方案是：左端，溅油盘、挡油环、套杯、左端角接触轴承、套筒、右端角接触轴承、圆螺母止动垫片、圆螺母、端盖、密封圈、联轴器依次从轴的左端向右安装；右端，溅油盘、深沟球轴承、圆螺母止动垫片、圆螺母依次从轴的右端向左安装。轴的径向尺寸：当直径变化处的端面用于固定轴上零件或承受轴向力时，直径变化值要大些，可取（38）mm，否则可取（13）mm。轴的轴向尺寸：轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的，而轮毂宽度一般是和轴的直径有关，确定了直径，即可确定轮毂宽度。轴的端面与零件端面应留有距离L，以保证零件端面与套筒接触起到轴向固定作用，一般可取L=（13）mm。轴上的键槽在靠近轴的端面处的距离取（13）mm，靠近轴肩处的距离应大于等于5mm。1 轴段1 与联轴器配合，因本次设计是微振，工作环境是室外。为了保证两轴相对位移和缓冲的性能，同时为了装拆方便、不需润滑，经查手册P131页选择LT型弹性套柱销联轴器。联轴器相关参数整理如下： 5.1.2.1 高速轴轴联轴器相关参数表型号公称转矩许用转速轴孔直径/mm轴孔长度L/mmLT331.563002038 制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日所以轴段1中=20mm；=38mm；2 其他轴段长度与直径如下表所示：5.1.2.2 高速轴轴段长度和轴段直径示意表轴段号（自左向右）轴段直径/mm轴段长度/mm备注12038与联轴器配合22245与密封圈配合3、152417与圆螺母配合，有螺纹4、14221退刀槽52551与角接触轴承7205配合，6、12284与甩油环配合7、113410定位轴肩8、1026过度950(40)60.83蜗杆132530与深沟球轴承6305配合制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日5.1.2.3高速轴轴上零件固定方式汇总表零件固定方式联轴器轴肩固定角接触球轴承7205C左侧圆螺母配合带翅垫片固定，中间放置套筒形成间隙，右侧套筒定位甩油环（左）套筒-轴肩固定甩油环（右）轴肩-套筒固定深沟球轴承6305左侧套筒定位，右侧圆螺母配合带翅垫片固定制表人：刘钰栋 制表日期：2015年12月31日 注释4：轴上零件的固定方案:轴上零件的固定分为周向固定与轴向固定，周向固定形式有键联接、花键连接、成型连接、弹性环联接、销联接、过盈联接等方案，轴向固定分为轴肩、挡圈、圆螺母、套筒、圆锥形轴头等。其中圆螺母一般用于轴端，也用于轴肩，利用摩擦放松，与带翅垫片配合（机械放松）；圆锥形轴头能承受冲击载荷，回转精度高，受力状态好，应力集中小，只应用于轴端加工复杂；轴肩可承受较大载荷，但只适用于轴端；挡圈中最常用的有螺钉锁紧挡圈、弹性挡圈和锁紧挡圈，一般承担载荷较小。据以上分析及图册参考，综合选用固定方式如上述。 注释5：滚动轴承的轴向定位与轴向固定的区别为了防止滚动轴承在轴上和外壳孔内发生不必要的轴向移动，轴承内圈或外圈应做轴向紧固。其中，轴向定位一般靠轴承端面与挡肩的接触。且为了保证轴承端面与挡圈接触，防止过度圆角与轴承倒角相碰，轴和外壳孔的单向最大圆角半径r必须小于轴承倒角尺寸。轴承的轴向固定是为了使轴承始终处于定位面所限定的位置上，它包括内圈在轴上的固定和外圈在外壳孔内的固定。尽管轴承的内外圈都要求准确的定位，但并不一定要同时作轴向固定。两端固定的支承结构中，每个支承端只承受单向轴向载荷，故只需从一个方向上加以轴向固定。固定-游动支承中，固定端承受双向轴向载荷，故须双向轴向固定。游动端应根据轴承类型和游动方式采用不同的固定结构。5.1.2.2 中间轴结构设计与方案分析中间轴(小齿轮)的初步设计如下图：装配方案：左端从左到右依次安装蜗轮、套筒、挡油板和角接触轴承，右端从右到左依次安装斜齿轮、挡油板、角接触轴承。下将中间轴三维设计展示如下：图5.1.2 中间轴三维设计相关轴段轴段长度与直径如下表所示：5.1.2.4 中间轴轴段长度和轴段直径示意表轴段号（自左向右）轴段直径/mm轴段长度/mm备注13542与角接触轴承7207、挡油环配合23860与小齿轮34431定位轴肩43863与蜗轮轮芯配合53542与角接触轴承7207、挡油环配合制表人：刘钰栋 制表日期：2015年1